一種面向船艙監(jiān)測的爬壁機器人設(shè)計及實現(xiàn).pdf

1、隨著船舶行業(yè)自動化程度的不斷提高，船舶的控制越來越集中于中央控制室。當(dāng)船艙內(nèi)部無人艙室中發(fā)生事故或損壞時，如果機組人員不能及時發(fā)現(xiàn)，后果嚴(yán)重。因此，船艙實時監(jiān)測已成為衡量船舶先進(jìn)程度的重要指標(biāo)之一，有效地提高船艙內(nèi)部環(huán)境監(jiān)測、火災(zāi)預(yù)警等方面的實時性尤為重要。本文設(shè)計并實現(xiàn)了一種適用于船艙內(nèi)部實時監(jiān)測的爬壁機器人，由此代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機組人員對船艙內(nèi)部進(jìn)行移動監(jiān)測，不僅適應(yīng)復(fù)雜的船艙內(nèi)部環(huán)境、減少了機組人員的工作量，還降低了船艙內(nèi)部移動監(jiān)測的成

2、本。
　　首先，設(shè)計了一種電機驅(qū)動的永磁式履帶爬壁機器人系統(tǒng)。在考慮到船艙內(nèi)部環(huán)境特殊性的基礎(chǔ)上，本文對爬壁機器人的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，通過對比分析各種爬壁機器人結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣，設(shè)計了一種電機驅(qū)動的永磁式履帶爬壁機器人系統(tǒng)。為了驗證機器人結(jié)構(gòu)的有效性，本文對機器人在下滑以及傾覆情況下的靜態(tài)力學(xué)模型進(jìn)行了分析，從而確定了機器人不會發(fā)生下滑以及傾覆的磁吸附力大小。由于機器人沒有轉(zhuǎn)向機構(gòu)，本文對機器人履帶結(jié)構(gòu)的差速轉(zhuǎn)向進(jìn)行了運動學(xué)分析，確定了機

3、器人的運動學(xué)模型以及轉(zhuǎn)向特性。
　　然后，提出了一種基于超聲波傳感器的局部避障方法。由于船艙內(nèi)部環(huán)境的不確定性和復(fù)雜性，為了保障機器人在未知環(huán)境下工作的安全性，本文提出了一種基于超聲波傳感器的局部避障方法:在傳統(tǒng)人工勢場法的基礎(chǔ)上引入了模糊理論，由此解決傳統(tǒng)人工勢場法中目標(biāo)不可達(dá)以及局部極小值的問題。為了驗證本局部避障方法的有效性，基于MATLAB仿真分析了各種情況下的機器人局部避障。
　　接著，詳細(xì)介紹了本文所設(shè)計爬壁機器

4、人的系統(tǒng)設(shè)計。本文根據(jù)爬壁機器人的設(shè)計要求，對爬壁機器人系統(tǒng)進(jìn)行了軟、硬件設(shè)計。操作人員通過上位機人機交互界面利用無線網(wǎng)絡(luò)對機器人進(jìn)行控制，機器人將攝像頭檢測到的視頻數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機并通過人機界面進(jìn)行顯示，實現(xiàn)對船艙設(shè)備運行狀態(tài)的控制、監(jiān)視、顯示、記錄和報警。
　　最后，為了驗證爬壁機器人系統(tǒng)的有效性，對爬壁機器人樣機的吸附性能、轉(zhuǎn)向性能以及障礙檢測能力進(jìn)行了實驗，實驗結(jié)果表明爬壁機器人樣機滿足移動監(jiān)測要求，驗證了本文所設(shè)計系統(tǒng)的